核心素養導向下建構元素化合物認知模型的探討

摘 要：元素化合物知識是在新課程改革背景下高中化學內容的重要組成部分，如何有效地建構元素化合物知識的認知模型，是當前面臨的一個重要課題。文章主要探討了核心素養導向下，如何構建高中元素化合物知識認知模型。

關鍵詞：元素化合物;認知模型;核心素養

化學學科的核心是物質。因此元素化合物的性質應用與用途是化學學科的重要內容，更是高考題中的主要載體，充分體現了化學學科核心素養的幾個觀念：宏觀辨識與微觀探析、變化觀、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任。但元素化合物涉及的種類多，學習素材廣泛，物質變化復雜，物質結構微觀結構抽象，普通學生學起來感覺凌亂、困難，僅會死記硬背單一物質性質而難于應用。因此在元素化合物的教學課堂中，應如何深入滲透學科核心素養，構建物質元素化合物的認知模型，有助于學生高效、有序和掌握大量的元素化合物的性質與反應，使繁雜的無機元素化合物知識網絡化，并運用所學得的思維模型推斷陌生物質的性質。建立分析解決問題的方法，是學生面對各類化學任務時自主調用物質性質的“導航儀”，建立有效的元素化合物認知模型，使元素化合物的核心知識、思維方法、學科核心素養融合為一體，從而使核心素養“落地”。

一、 用探究的思維主動構建認知模型

如果學生只是被動地接受外界信息，其記憶的保持率是有限的。尤其是元素化合物，物質種類多，性質復雜，物質之間的反應千變萬化，如果能運用能探究的思維主動去理清物質變化的根本原因，感知事物性質的多樣性，會大大增強教學的效果。如在氨氣的噴泉實驗探究過程中，讓學生充分討論思考：產生噴泉的原理是什么？什么操作可以引發噴泉？哪些氣體和溶液可以做噴泉實驗？噴泉水的顏色是什么，成分是什么？可以如何改進該實驗？學生如果經常受到這種探究思維的訓練，深刻地理解學習過程中應該具體問題具體分析，學習是靈活的。那么在以后的學習中就會主動運用這種思維進行建構認識模型。

教學案例一：實驗室制取氫氧化鋁的實驗探究

學生分析：根據已有知識，可以推知氫氧化鋁的制備應該可以用可溶性鋁鹽和堿反應得到，但堿的強弱對它的制取是否有影響？加入試劑的順序有無影響？

設計實驗方案并進行探究：

剛進行實驗方案設計時，學生可能只想到用可溶性鋁鹽和堿就可制備得到氫氧化鋁，這時候教師在教學過程中注意進行設疑，并引導學生分析，這時學生才能設計比較完整合理的實驗方案進行探究，并得出制備的最佳方案。在這一主動探究的過程中，學生產生問題，討論中碰撞不同的思維火花，然后通過實驗獲得的結論，從而轉變為自己的見解，而不是被動地接受課本中的知識。

教學案例二：二氧化硫與氯水的漂白性原理探究

學生提出問題：二氧化硫與氯水的漂白性原理是否一樣？

學生分析：氯水漂白是因為次氯酸有很強的氧化性，而二氧化硫屬于化合漂白，因此原理可能不同。

學生設計實驗方案如下，進行實驗探究。

學生得到實驗結論：二者的漂白原理不同，二氧化硫的漂白是暫時性的，氯水漂白是永久性的，而且二氧化硫不能使指示劑褪色。

學生在剛學完氯水的漂白性后，接觸到另一物質的相似性質，自然會對它們原理感到好奇，此時教師可以適當引導學生設計實驗進行探究，主動完成實驗設計并探究得出結論，這時老師的點撥會起到事半功倍的作用。

二、 運用分類的思想構建認知模型

人類知識不是為了記憶而記憶，而最終目標是為了運用。化學元素化合物知識內容多且瑣碎，導致學習的困難。所以在解決問題時難以提取所需要的知識，因此記憶的知識變成了僵化的、無價值的東西。如果將化學元素化合物知識按照一定的線索進行分類的話，有利于把握知識之間的復雜關系或內在聯系。當需要運用時，就像查找圖書館經過分類收藏的書一樣，可以輕易提取出來。所以分類法是重要的學習方法之一。

而教材在學習元素化合物知識前學生剛學完物質的分類，已有了一個概念“分類使看起來雜亂無章的物質變得整然有序”，所以在學習同樣看起來很繁雜的元素化合物知識時也會想到將剛學到的知識應用于其中，從而認識分類法對于化學學習的重要性，這也是教材編排的真正意義所在。例如教材中，金屬元素是按順序為：按單質、氧化物、氫氧化物和鹽類進行橫向分類。對于具體物質按組成、結構、性質、用途進行縱向分類。學生可以通過學習某一物質知識，根據結構類推到同一類別物質的性質，能有效地建構元素化合物同一類別物質的認識模型。

教學案例三：金屬性質

學生首先舉例說明金屬能發生哪些化學反應。

然后分析金屬發生燃燒化學反應，寫出化學方程式。

最后畫出Na、Mg、Al的原子結構示意圖，分析原子結構特點與化學性質的聯系，得出金屬性質相同點。

設計以下教學活動過程主要是引導學生通過對個別金屬單質的化學性質的引入，從分析鈉、鎂、鋁原子結構分析（最外層電子數少，易失電子），從而上升到金屬類別的通性，讓學生在學習過程中體驗個別上升到類別這一學習過程。

又如在學習鈉的氧化物時，教材中安排了思考與交流“氧化鈉與水發生反應和氧化鈣與水反應類似，請你寫出氧化鈉與水反應的化學方程式”，學生可以根據它們都是堿性氧化物，自己得出他們可能具有的性質，與教材和老師觀點對照，發現自己是正確的，可以體會分類思想的重要意義以及實際應用價值，從而認識到“原來經過這樣分類后，同一類的物質有一定的化學共性，如果知道某一陌生物質屬于這一類，就可以大致得到它可能的性質”。但在學習到鐵的氧化物時發現其不能與水反應，而氧化鋁卻有兩性，這時學生會產生質疑，認識到它們除了共性外也有一些遞變性，從而構建知識模型。

三、 基于原有知識構建新認知模型

學生新知識的獲得是在原有認知的基礎上構建起來的，所以在學習元素化合物知識時，教師要注意利用好原有的知識體系，將新舊知識串聯起來。

如在學習二氧化硫性質作為酸性氧化物知識時，可以通過已學的CO2的性質進行類推，二氧化硫分別能與水、堿和堿性氧化物反應。而又可根據已有的氧化還原反應，分析硫元素化合價為中間價態可推知其有氧化性和還原性，然后按圖1進行深入討論，將原有知識遷移拓展，建構硫元素新的認知模型。

又如在引導學生探討氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的制備時，由于學生在之前已分析過氫氧化鋁的制取，學生可以輕易推知制備的試劑（見圖2），這樣省下大部分精力來討論氫氧化亞鐵鹽制備過程注意事宜。

學生用原來知識推測新知時，有時聯想會比較狹窄，不夠全面，有時可能也只是胡亂猜想，故教師在教學過程中要設置適當的情意問題，層層深入，引導學生去解決新問題，構建正確的新認知模型。

以上討論了學習元素化合物知識認知模型建構的三種策略，認知模型的建構要視具體教學內容和教學目標而選擇合適的策略，甚至同一教學內容可能會用到不同的策略。但是，不管運用哪種思路構建知識模型，必須把握好元素化合物知識內在的聯系，層次分明，思路清晰，保證學生知識信息的順利提取。為此，可以根據學生反饋情況及時做出調整，從而加以補充修正，使之更加完善。

參考文獻：

[1]王磊.科學建構學科核心素養的發展進階：魯科版高中化學必修新教材的編寫思路[J].中學化學教學參考，2020（3）.

[2]李超.關于核心素養培養的高中化學教學研究[J].課程教育研究，2019（18）.

[3]柯洪偉.核心素養下的高中化學實驗教學策略探究[J].名師在線，2020（9）.

[4]邱燕珠，王朝暉，張賢金.基于證據推理與模型認知的高中化學教學實踐：以“元素周期律的運用”教學為例[J].化學教與學，2020（1）.

作者簡介：

李勤瑜，廣東省廣州市，廣州市花都區秀全中學。